Modelování geomagnetických indukovaných proudů v rozvodné síti ČEPS, a.s.

Abstract

V minulosti bylo zaznamenáno několik událostí, které byly spojovány s Geomagnetickými indukovanými proudy (GIC), které způsobovaly problémy pozemních systémů - telegrafní sítě, ropovody, elektrické přenosové vedení,... Obecně se věří, že tyto proudy vedou ke zvýšení množství poruch komponent elektrických vedení. Tyto efekty jsou velmi dobře prokázané v zemích jako například Skandinávie, USA, Kanada, Jižní Afrika, atd., kde tyto proudy dosahují amplitud několik stovek ampér během velkých solárních bouří. Ve Střední Evropě se takto vysoké hodnoty neočekávají, nicméně i GIC nižších amplitud mohou kumulativně způsobovat poruchovost. Se zvyšováním přenosových vzdáleností a přenosové schopnosti vedení tyto problémy způsobené GIC mohou být výraznější. Jelikož téměř nelze předpovídat kosmické počasí, je důležité, abychom zkoumali, zda by konkrétní studovaná přenosová soustava mohla být těmito proudy ovlivněna a zda by mohlo dojít k vážnějším problémům při případné geomagnetické bouři. Některé země již se studiemi GIC a jejich možnými efekty zabývají, pro Českou Republiku je toto první práce, která se zabývá výpočtem GIC pro přenosovou soustavu. Cílem této práce bylo se seznámit s Lehtinen-Pirjolovou metodou modelování GIC, se znalostí této metody stanovit vhodnou strukturu vstupních dat, se kterou program bude pracovat. Výstupem této práce je program v programovacím jazyce Python, výstupem kterého je časový průběh GIC pro zadaný časový úsek a systém, který zkoumáme. V tomto případě se jedná o výstup pro Halloweenské bouře v roce 2003 pro napěťovou hladinu 400 kV přenosové soustavy České Republiky. Dalším výstupem této práce jsou předpokládané hodnoty GIC pro událost extrémní bouře, která by mohla případně nastat. Výstup je zobrazen časovým průběhem GIC pro jednotlivé rozvodny v soustavě.

In the past, there were several events, that are believed to be associated with Geomagnetically induced currents (GICs), that caused problems with systems on the Earth, for example telegraph systems, buried pipelines or power grids, etc. It is generally believed that these currents lead to increased failure rates of components of the power grid. These effects are well proven for countries at higher latitudes – Scandinavia, USA, Canada, South Africa, etc., where the amplitudes reach up to hundreds of amperes during great solar storms. In the central Europe, such large values of GICs are not expected, but even GICs that are of lower amplitudes can cumulatively cause an increased failure rate. As the transmission distance is increased and the power transmitted as well, the possible consequences of the GICs might be more serious. As the space weather prediction is almost impossible, it is necessary to investigate, whether the concrete studied system might be affected by possible solar storm. Some countries had already started with studies concerning the GICs and its possible consequences, but in the Czech Republic, this is the first study, modelling the GICs for its transmission system. This study aims to determine the values of GICs for the event of Halloween storms, that is the most recent solar storm, that significantly affected systems on the Earth surface and to predict possible amplitudes for the event of extreme solar storm. The task of the thesis is to get acquainted in detail with the Lehtinen-Pirjola method of GIC modelling. With the knowledge of this method, data structure of input data for key parameters description of the electrical power network was set and those data were used by the program that was written in Python for calculation and modelling the time evolution of GICs for entered time period of increased solar activity for specified power grid system. Specifically, it investigates the event of Halloween storm for transmission system in Czech Republic. The result of the thesis is a program that calculates the GICs for any power network whose key parameters are be available in the exact data structure, that is described. The output of this program is automatically generated network topology, time evolution of GICs for each electrical substation in the power grid and also maximum amplitudes of these GICs.